缔约办公室地址 北约总部 盟军最高转型司令部 (SACT) 采购和缔约办公室 100 号套房 7857 Blandy Rd, Norfolk, VA, 23511-2490 缔约联系人 Magdalena Ornat 女士 电子邮件:magdalena.ornat@act.nato.int 电话:+1-757-747-3150 Tonya Bonilla 女士 电子邮件:tonya.bonilla@act.nato.int 电话:+1 757 747 3575 Catherine Giglio 女士 电子邮件:catherine.giglio@act.nato.int 电话:+1 757 747 3856 技术联系人 1. Warren Low 先生,电子邮件:warren.low@act.nato.int 电话:+1 757 747 4203 2. Luc Barbeau,电子邮件:luc.barbeau@act.nato.int 电话:+1 757 747 3143 参考文献 A. 使用开放空中接口开源软件构建 5G 非地面网络,Florian Kaltenberger、Thomas Schlichtery、Thomas Heyny、Guido Casatiy、Florian Volkz、Robert T. Schwarzz 和 Andreas Knoppz,2021 年。 B. 5G 和非地面网络白皮书,5G Americas,2022 年 2 月 所有对此 RFI 的澄清和回复请求都必须通过电子邮件发送至上面报告的所有联系点。
摘要 — 未来的无线服务必须专注于通过实现各种应用(例如扩展现实、脑机交互和医疗保健)来提高生活质量。这些应用程序具有不同的性能要求(例如,用户定义的体验质量指标、延迟和可靠性),现有的无线系统很难满足这些要求。为了满足新兴应用的多样化需求,最近提出了数字孪生的概念。数字孪生使用虚拟表示以及与安全相关的技术(例如区块链)、通信技术(例如 6G)、计算技术(例如边缘计算)和机器学习,从而实现智能应用。在本教程中,我们将全面概述无线系统的数字孪生。首先,我们概述了无线系统数字孪生的基本概念(即设计方面、高级架构和框架)。其次,为两个不同方面设计了一个全面的分类法。这些方面是无线孪生和孪生无线。对于无线孪生方面,我们考虑了孪生对象设计、原型设计、部署趋势、物理设备设计、接口设计、激励机制、孪生隔离和解耦等参数。另一方面,对于孪生无线,我们考虑了孪生对象访问方面、安全和隐私以及空中接口设计等参数。最后,介绍了开放的研究挑战和机遇以及原因和可能的解决方案。
随着 5G 部署的开展,无线研究的重点正日益转向 6G。在这个关键时刻,建立未来通信的愿景来指导这项研究至关重要。在本文中,我们试图描绘 6G 时间范围内的通信需求和技术的广阔图景。连接的未来在于创建数字孪生世界,这些数字孪生世界是每个空间和时间瞬间物理和生物世界的真实表现,统一我们在这些物理、生物和数字世界中的体验。可能会出现新的主题来塑造 6G 系统要求和技术,例如:(i) 由多个本地设备协同工作的集合创建的新人机界面;(ii) 分布在多个本地设备和云之间的无处不在的通用计算;(iii) 多感官数据融合以创建多元宇宙地图和新的混合现实体验;(iv) 精确传感和驱动以控制物理世界。随着人工智能的快速发展,它有可能成为 6G 空中接口和网络的基础,使数据、计算和能源成为实现卓越性能的新资源。此外,在本文中,我们讨论了可能定义 6G 的其他重大技术变革:(i)认知频谱共享方法和新频谱带;(ii)定位和感知能力的集成
数字处理能力的飞速发展导致了对高性能模拟信号处理产品的需求增加。如今,蜂窝网络除了提供传统语音之外,还提供大量数据和视频,而且传输速率比以往任何时候都快。这导致了依赖复杂数字技术的新调制技术和新空中接口标准的出现。虽然数字技术使系统能够运行得更快、功耗更低、使用更小的封装尺寸并提高每一代系统的可靠性,但这些系统对系统的 RF 和模拟信号采集部分提出了新的要求。基站发射机的复杂调制和宽带宽导致功率放大器 (PA) 的波峰因数更高。为了满足更高波峰因数下更严格的要求,功率放大器通常尺寸过大,以便在线性区域内运行。如果不进行数字校正,PA 效率可能在 10% 左右,这意味着 20 W PA 需要 200 W 的能力。PA 是基站中最大的电力消耗者,因此是蜂窝服务提供商运营费用的重要因素。为了提高 PA 效率,数字技术用于峰值因数降低 (CFR) 和数字预失真 (DPD)。虽然放大器在饱和时效率最高,但它会变得高度非线性。复杂的数字调制需要 PA 具有极高的线性度,
AI 空中接口 ASSI 分配的短用户标识 BER 基本编码规则 CCIR 国际无线电咨询委员会 CCK 公用密钥 CGI 小区全球标识 CONS 面向连接的网络服务 DMO 直接模式操作 DSS1 数字用户信令系统号一 GCK 组密钥 GTSI 组 TETRA 用户标识 IP 互联网协议 ISDN 综合业务数字网 ITSI 个人 TETRA 用户标识 LA 位置区 LEA 执法机构 LEMF 执法监控设施 LI 合法拦截 LII 合法拦截接口 MF 中介功能 MM 移动性管理 MNI 移动网络标识 MS 移动台 PAMR 公共接入移动无线电 PISN 公共综合业务网 PMR 专用移动无线电 PNO 公共网络运营商 PSTN 公共交换电话网 QoS 服务质量 RPDI 无线分组数据基础设施 SCK 静态密钥 SCLNS 特定无连接网络服务 SDL 服务和描述语言 SDS 短数据服务 SS 补充服务 SSI 短用户标识 SwMI交换和管理基础设施 TEI TETRA 设备标识 TETRA 地面集群无线电 TSI TETRA 用户标识 UTC 协调世界时 VC 虚拟电路
A AL ATM 适配层 ACS 高级蜂窝系统 ACI † 相邻信道干扰 ADSL 非对称数字用户线 AGC † 自动增益控制 ALT 备用本地传输公司 AM † 幅度调制 AMI 交替传号反转 AMPS 高级移动电话服务 AMTA 美国移动电信协会 ANSI 美国国家标准协会 AP (CO) 应用处理器 APC 美国个人通信 ARPANET 高级研究计划机构网络 ART † 幅度无线电传输 ARQ 自动重复请求 ASCII 美国信息交换标准代码 ASIC 专用集成电路 ASP 平均销售价格 ATG † 空对地 ATM † 异步传输模式 AWG 美国线规 AWGN † 加性高斯白噪声 B -ISDN † 宽带 ISDN BBS † 公告板系统 BCC 块校验字符 BELLCORE 贝尔通信研究 BER 误码率 BFSK 二进制频移键控 BPDU † 突发协议数据单元 BPF † 带通滤波器BISYNC 二进制同步通信 BOC † 贝尔运营公司 BPS † 比特每秒 BPSK 二进制相移键控 BRI 基本速率接口 BSS † 广播卫星服务 BTA 基本贸易区 C -NETz 德国 C 系统 C/I 载波干扰比 CAD † 计算机辅助设计 CAGR 复合年增长率 CAI 通用空中接口 CAM † 计算机辅助制造 CAP 竞争性接入提供商 CAP(HDSL)无载波 AM/PM CBEMA † 计算机和商业设备
NTN 解决方案 1 。计划中的 Release-18 工作仍包括 NTN 的标准化活动,以进一步定义无线电第 2 层和第 3 层细节,以允许非地面节点在无线接入网络 (RAN) 2 中运行的解决方案。NTN 可以为地面网络带来许多优势 [ 2 ]。促进网络传播,为目前未服务或服务不足的大型区域带来连接,在非正常情况下提供备用链路,例如主要地面基础设施中断或故障,并卸载地面网络,为用户提供额外的连接,以解决地面网络上的流量高峰并保持特定丢失或延迟敏感流的性能只是其中的几个。然而,尽管已经进行了大量研究和开发工作,但仍有几个挑战和悬而未决的问题需要妥善研究和解决,以实现地面和非地面网络之间的无缝集成 [ 3 , 4 ],例如定义适当的随机接入程序、定时提前策略和切换管理策略 [ 5 ]。人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 原理及相关解决方案的使用是通信网络演进的另一个重要支柱 [ 6 ]。再次查看 3GPP Release-18 计划内容列表,很明显其中包括“下一代 RAN (NG-RAN) 的 AI/ML”、“AI/ML - 空中接口”和“AI/ML 研究、多媒体编解码器、系统和服务”主题,更广泛地说,文献中有大量的研究贡献,其中还包括在 NTN 中采用 AL/ML 技术的研究和解决方案 [ 7 ]。无线电资源管理、移动性管理和非地面/地面网络集成只是 AI/ML 解决方案可以帮助改进的几个方面。然而,由于仍有挑战和悬而未决的问题需要研究和解决 [8],人们已经考虑将 AI/ML 策略全面集成到通信网络中,尤其是从标准化的角度来看,这是 6G 或超 5G (B5G) 网络演进的问题,而不是 5G 网络整合的问题。因此,这也反映在卫星-地面集成系统中 [9]。本文介绍了仍在进行的欧洲航天局 (ESA) 项目“数据驱动的实时网络管理网络控制器和编排器 - ANChOR”[10] 的现状,该项目旨在为卫星真正融入 5G 时代及以后做出进一步贡献。具体来说,我们将重点描述所考虑的场景之一、相关的网络架构和正在开发的系统原型(第 2 节)、用于驱动最佳卫星网关站动态选择的基于 AI 的方法(第 3 节)以及当前和初步获得的结果(第 4 和 5 节)。最后,在第 6 节得出结论。
I. 引言随着无线网络通过 5G 不断发展,通过使用毫米波频段、大规模 MIMO 和密集小区来提高频谱密度,网络设计人员正在展望 6G 发展路线图,预计社会将更加数据驱动,无线脑机接口、扩展现实和互联机器人将推动 6G 网络处理比 5G 快 10 到 1,000 倍的数据速率 [1]。为了提高频谱效率,设计人员将考虑实施超大规模 MIMO 阵列、创新的空中接口复用技术、更强大的前向纠错编码等技术,甚至在更高载波频率的更宽带宽中部署更高密度的网络。随着频谱效率的提高,6G 系统设计人员将努力提高关键性能指标 (KPI),例如终端和基站的延迟、可靠性和能源效率,同时也会尽量不牺牲一个 KPI 来实现另一个 KPI。 6G 算法的实施可以优化数据吞吐量、频谱效率、用户密度、可靠性和延迟,并在更宽的带宽下运行,这将导致比当前 5G 系统更多的计算量。在基站和蜂窝基础设施中,5G RF 调制解调器信号处理基于经典计算概念,这些概念通常在 ASIC、FPGA 和 GPU/CPU 结构中实现。然而,经典计算性能的改进并没有像过去几年那样呈指数级增长,而是由于晶体管达到原子极限而趋于稳定 [2]。由于高效快速计算结构的设计现在与无线通信竞争,成为许多高容量无线通信系统面临的最重大挑战,因此硅片能否实现实现 6G KPI 所需的高频谱性能、低延迟和高可靠性优化算法值得怀疑。随着 6G 路线图的发展,量子计算是一种潜在的宝贵工具,可以解决未来性能、延迟和可靠性之间的权衡。如果量子计算能够为目前限制可实现网络吞吐量的复杂优化问题提供最佳算法,那么频谱效率将受益匪浅。能够进行量子信息处理的众多硬件平台可以与其他可扩展技术(如毫米波和小型蜂窝)相结合,进一步提高频谱效率。由于量子力学的线性,量子计算从根本上受限于可逆操作,这些操作不会散发热量,除了计算的初始化和读出阶段。虽然嘈杂的量子计算具有不可逆性元素,但从长远来看,量子计算原则上可以达到任意低的功耗,而如果以传统方式执行,这些计算将耗电。在过去几年中,由于纳米技术和工程技术的进步,现实世界的量子计算机已经可以商业化使用。对于无线网络,最近的研究首先利用了量子退火器,这是一种模拟量子计算处理器,并展示了集中式无线接入网络(C-RAN)中基于量子的多输入多输出(MIMO)检测器 [3] 和基于量子的低密度奇偶校验(LDPC)错误控制解码 [4] 的良好结果,为如何使用机器和基线性能指标提供了指导。在无线网络中,存在代表性的优化问题,包括但不限于先前研究的应用,这些问题受到众所周知的吞吐量和复杂性之间的传统权衡,其中最佳求解器是已知的,但考虑到可用的硬件和处理时间限制,实际实施起来非常困难。我们期望克服